JP2010247187A - 高速溶接装置及びその溶接方法 - Google Patents

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Tatsunori Kanazawa
辰徳 金沢
Toshiji Nagashima
利治 永島
Masahiro Tsunoda
雅弘 角田
Jin Arashin
仁 荒新
Kenji Shinozaki
賢二 篠▲ザキ▼
Motomichi Yamamoto
元道 山本
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Abstract

【課題】この発明は、溶接の進行方向により、ホットワイヤを後方挿入して、母材の溶融プールにホットワイヤを安定して供給出来る、安価で高速溶接が可能な、高速溶接装置及びその溶接方法を開発・提供する事にある。
【解決手段】ワイヤを加熱するワイヤトーチの供給部から母材間の任意位置のワイヤ温度を温度センサ等の検出装置で測定して、溶融プールに入るワイヤ温度を一定に保持するようにワイヤ過熱電流を制御するものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等の熱源により金属を高速度で接合する高速溶接装置及びその溶接方法に関するものである。
従来、隅肉溶接又は余り板厚が大きくない板部材の突き合わせ溶接を高能率に溶接する場合、例えば通常のＴＩＧトーチでアークを発生し、溶接進行方向前方からワイヤに通常加熱しながら溶着金属を高能率に形成する、ホットワイヤＴＩＧ溶接がしばしば用いられる。しかし、ホットワイヤＴＩＧ溶接で溶接進行方向前方からワイヤを挿入すると、溶融プールにワイヤ挿入が難しく安定した溶接が出来なかった。
又、従来の溶接装置には次の様な問題があった。それは高速溶接すると溶融プールが小さく、ワイヤが挿入し難い、又、例えばＴＩＧアークの電流等、熱源の熱量を上げて溶接すると、トンネルビード、ハンピングビードのような欠陥ビードが発生し易い。
そこで、この発明は上記の問題を解決する為に、溶接の進行方向よりホットワイヤを後方挿入して、母材の溶融プールにホットワイヤを安定して供給出来る、安価で高速溶接が可能な高速溶接装置及びその溶接方法を早期に開発する事が望まれている。
これまでに出願されている溶接装置関連の特許文献を参考の為、紹介する（特許文献１〜４参照）。
特開平８−２５７７８４ 特開平１０−２５８３６３ 特開２０００−２４６４４３ 特開２００９−００６３４６
そこで、上記課題を解決する為に、この発明は溶接の進行方向よりホットワイヤを後方挿入して、母材の溶融プールにホットワイヤを安定して供給出来る、安価で高速溶接が可能な高速溶接装置及びその溶接方法を開発・提供する事にある。
この課題を解決する為の手段として、ワイヤを加熱するワイヤトーチの給電部から母材間の任意位置のワイヤ温度を温度センサ等の検出装置で測定して、溶融プールに入るワイヤ温度を一定に保持するようにワイヤ加熱電流を制御するものである。
又、ワイヤを加熱するワイヤトーチの給電部から母材間の任意位置のワイヤ温度を温度センサ等の検出装置で測定して溶融プール（８）に入るワイヤ温度を一定に保持するようにワイヤトーチ給電位置と母材間距離を変更できる機構を設けたものである。
又、ワイヤを加熱するワイヤトーチの給電部を複数設け、且つ、加熱電源を複数接続して大量の加熱電流を流せるように設けたものである。
又、ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等の熱源から出来る溶融プールに溶接進行方向の後方から融点×０．８以上の温度に加熱されたフィラワイヤ（５）を挿入する事により高速で安定した溶接を可能にしたものである。
この発明の効果として、溶接の熱源から出来る溶融プールに溶接進行方向の後方から融点付近の温度に加熱されたフィラワイヤを挿入する事で、高速で安定した溶接を可能にし、又、ワイヤの温度を制御することで、ワイヤの材質、ワイヤの供給量に関係なく、安定した高速溶接を可能にする等、極めて有益なる効果を奏するものである。
この発明の一実施例を示し、ＴＩＧアークを熱源とした溶接装置のシステム構成図である。 この発明の一実施例を示し、プラズマアークを熱源とした溶接装置のシステム構成図である。 この発明の一実施例を示し、レーザを熱源とした溶接装置のシステム構成図である。 この発明の一実施例を示し、レーザを熱源とし温度センサを付加した溶接装置のシステム構成図である。 この発明の一実施例を示し、ＴＩＧトーチの外形図である。 この発明の一実施例を示し、プラズマトーチの外形図である。 この発明の一実施例を示し、レーザトーチの外形図である。 この発明の一実施例を示し、高速ホットワイヤＴＩＧ溶接の構成図である。 この発明の従来例を示し、従来型ホットワイヤＴＩＧ溶接の構成図である。
この発明を実施するための形態として、ワイヤを加熱するワイヤトーチ（４）の給電部から母材間の任意位置のワイヤ温度を温度センサ等の検出装置で測定して、溶融プール（８）に入るワイヤ温度を一定に保持するようにワイヤ加熱電流（１０）を制御する事を特徴とする高速溶接装置から構成される。
又、ワイヤを加熱するワイヤトーチの給電部から母材間の任意位置のワイヤ温度を温度センサ等の検出装置で測定して溶融プール（８）に入るワイヤ温度を一定に保持するようにワイヤトーチ給電位置と母材間距離を変更できる機構を設けた事を特徴とする高速溶接装置から構成される。
又、ワイヤを加熱するワイヤトーチの給電部を複数設け、且つ、加熱電源を複数接続して大量の加熱電流を流せるように設けた事を特徴とする高速溶接装置から構成される。
そこで、この発明の一実施例を図１〜図７に基づいて詳述すると、図１はＴＩＧアークを熱源とした溶接装置のシステム構成図で、タングステン電極（１ｂ）より発生したＴＩＧアーク（１ｃ）により母材（６）が溶融してできた溶融プール（８）にワイヤトーチ（４）の給電部より通電しながら給電部と母材間でジュール発熱により加熱され、溶融プール到達地点では融点温度近くまで加熱されたホットワイヤを溶接進行方向後方から三角穴セラミックガイド（４ａ）を通過して溶融プールに挿入する溶接装置と成っている。
又、図２はプラズマアークを熱源とした溶接装置のシステム構成図で、電極（２ｂ）より発生したプラズマアーク（２ｃ）により、母材（６）が溶融してできた溶融プール（８）にワイヤトーチ（４）の給電部より通電しながら給電部と母材間でジュール発熱により加熱され、溶融プール到達地点では融点温度近くまで加熱されたホットワイヤを溶接進行方向後方から三角穴セラミックガイド（４ａ）を通過して溶融プールに挿入する溶接装置と成っている。
又、図３はレーザを熱源とした溶接装置のシステム構成図で、レーザトーチ（３ａ）より発生したレーザビーム（３ｃ）により母材（６）が溶融してできた溶融プールに（８）にワイヤトーチ（４）の給電部より通電しながら給電部と母材間でジュール発熱により加熱され、溶融プール到達地点では融点温度近くまで加熱されたホットワイヤを溶接進行方向後方から三角穴セラミックガイド（４ａ）を通過して溶融プールに挿入する溶接装置と成っている。
又、図４は前記（図１・図２・図３）した３つのシステム構成図の代表例として説明するもので、レーザを熱源とし、温度センサを付加して温度制御を行う溶接装置のシステム構成図を示し、給電部（４ｂ）から母材（６）間のどこかの位置に温度センサ（１３）、例えば三角穴セラミックガイド（４ａ）出口付近に取り付けてワイヤ（５）の温度を計測して温度監視ユニットから制御装置に温度をデータを送り、溶融プール付近のワイヤ（５）温度が融点温度近くまで上がるようにワイヤ加熱電流、又は、ワイヤトーチ移動ユニットで給電部と母材間距離（Ｌ）を変えて制御する溶接装置となっている。
次に、この発明の溶接方法について説明すると、図８に示す様にＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等の熱源から出来る溶融プールに溶接進行方向の後方から融点付近の温度に加熱されたフィラワイヤ（５）を挿入する事により高速で安定した溶接を可能にしたものである。
又、図９は従来型ホットワイヤＴＩＧ装置の構成図である。
この発明の高速溶接装置及びその溶接方法は、溶接の進行方向よりホットワイヤを後方挿入して、母材の溶融プールにホットワイヤを安定して供給出来る、安価で高速溶接が可能な為、多くの鉄工関係及び溶接工事関係市場に寄与する点で産業上の利用可能性を有する。
１ａ ＴＩＧトーチ
１ｂ タングステン電極
１ｃ ＴＩＧアーク
１ｄ ＴＩＧ電極
２ａ プラズマトーチ
２ｂ プラズマ電極
２ｃ プラズマアーク
２ｄ プラズマ電源
３ａ レーザトーチ
３ｃ レーザビーム
３ｄ レーザ発振器
４ ワイヤトーチ
４ａ 三角穴セラミックガイド
４ｂ 給電部
５ フィラワイヤ
６ 母材
７ 溶接ビード
８ 溶融プール
９ フィラワイヤ送給装置
１０ ワイヤ加熱電源
１１ 制御装置
１２ ワイヤトーチ
１３ 温度センサ
１３ａ 温度監視ユニット
Ｌ 給電部と母材間距離

Claims (4)

  1. ワイヤを加熱するワイヤトーチ（４）の給電部から母材間の任意位置のワイヤ温度を温度センサ等の検出装置で測定して、溶融プール（８）に入るワイヤ温度を一定に保持するようにワイヤ加熱電流（１０）を制御する事を特徴とする請求項１及び請求項２記載の高速溶接装置。
  2. ワイヤを加熱するワイヤトーチの給電部から母材間の任意位置のワイヤ温度を温度センサ等の検出装置で測定して溶融プール（８）に入るワイヤ温度を一定に保持するようにワイヤトーチ給電位置と母材間距離を変更できる機構を設けた事を特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３記載の高速溶接装置。
  3. ワイヤを加熱するワイヤトーチの給電部を複数設け、且つ、加熱電源を複数接続して大量の加熱電流を流せるように設けた事を特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４記載の高速溶接装置。
  4. ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等の熱源から出来る溶融プールに溶接進行方向の後方から融点×０．８以上の温度に加熱されたフィラワイヤ（５）を挿入する事により高速で安定した溶接を可能にした溶接方法。
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